110703_vetro strutturale

5/7/2018 110703_Vetro strutturale - slidepdf.com

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IL VETRO STRUTTURALE

L'ultimo decennio è stato caratterizzato da uncostante sviluppo dell'architettura, specialmente

per l'integrazione di superfici vetrate sempre piùampie, tendenza verificatasi non solo negli edifici

ad uso commerciale ma anche negli edifici ad usoresidenziale.Le esigenze architettoniche hanno spinto l'uso dellatrasparenza per migliorare le condizioni degli occu-

panti tramite la luce del giorno e tramite il contattocon l'esterno, esigenze che si sono sposate conquelle dei costruttori che hanno potuto affermare laloro opera dando un'immagine di forza e leggerez-za.La tecnologia del vetro ha permesso questa evolu-zione architettonica consentendo la realizzazione diedifici "possibili".

Infatti, la tecnologia di deposizione di "coatings" sul vetro permette di alterare le caratteristiche del vetromigliorando notevolmente le prestazioni, rendendo così gli edifici gestibili economicamente per il riscaldamentoinvernale ed il raffreddamento estivo, e favorendo lo sviluppo delle superfici vetrate.

Nelle più recenti e significative opere dell'ar-chitettura si è iniziato ad ipotizzare per il vetroun possibile ruolo attivo all'interno del sistemastrutturale: partendo dall'intensa attività di ri-cerca e dai progressi tecnologici raggiunti dalleindustrie produttrici si sono potuti realizzareeffettivamente numerosi esempi architettonici,una volta considerati utopistici o impossibili.

Nel progetto di un edificio e dei suoi differenti

elementi di fabbrica, l'evoluzione architettonicaha visto il vetro ricoprire – per effetti di traspa-renza e riflessione sempre più perfezionati – ruoli progressivamente differenti. Pur svolgen-do solitamente il ruolo di riparo e protezionetipico dell'involucro dell'edificio, esso garanti-sce l'apporto luminoso verso l'interno degli am-

bienti, ma si è raggiunta anche la possibilità disfruttare anche le caratteristiche meccaniche.Discernendo fra specifiche prestazioni, l'ambito strutturale è quello quindi su cui ora soffermarsi, sebbene nonsiano trascurabili le performance attinenti al comfort visivo, a quello acustico e termico, senza trascurare la

potenzialità oggi sempre più attuale di un suo utilizzo sostenibile, dalla produzione alle applicazioni architettoni-che nell'architettura bioclimatica, fino alle possibilità di riciclo.

Produzione Non tutti i vetri sono adatti all'edilizia. Fra i differenti tipi disponibili, si fa riferimento principalmente, a secondadelle modalità di produzione, al vetro in lastre tipo float e a quello colato, impiegati in edilizia principalmente indue tipi di composizione chimica.

Nel caso specifico, ci si riferisce al vetro sodico-calcico, facilmente lavorabile sia in lastre tipo float, sia nellesuccessive lavorazioni d'officina. Le norme UNI lo classificano come prodotto di vetro silicato sodico-calcico

piano, trasparente, chiaro o colorato, a facce parallele e lustre, ottenuto per colata continua e flottazione su un bagno metallico di stagno, in atmosfera controllata. Il vetro a composizione sodico-calcica è utilizzato anchecolato per vetri stampati ed ornamentali, strutturali e per profilati ad U, oltre che nel caso di lastre che abbianospessori ragguardevoli. L'evoluzione tecnologica riguarda, oggigiorno, specialmente il vetro borosilicato. Sebbenemeno economico del float, esso trova applicazione in edilizia soprattutto per elementi strutturali in tubi, accop-

piando ad una maggior resistenza una modesta dilatazione termica.Per l'importanza dell'uso strutturale delle lastre di vetro, specie nelle facciate continue, è importante rivolgerel'attenzione al vetro tipo float. La sua produzione ricorre a specifici procedimenti di finitura, conseguenti allafusione ed alla dissoluzione in forno della miscela vetrificabile omogenea delle materie prime. Fra i procedimenti



di finitura, fondamentale è quello della ricottura che riguarda sistemi di produzione industriale in cui il vetro èsottoposto ad un raffreddamento che, nel minor tempo possibile, permette di ridurre le tensioni al di sotto dellimite massimo ammissibile. La cosiddetta ricottura del vetro consiste cioè in un processo di raffreddamentocontrollato per evitare l'insorgere di autotensioni, altrimenti responsabili della rottura.

Lavorazioni

L'uso del vetro in edilizia, specie se strutturale, impone specifiche lavorazioni successive alla produzione. Oltre ai

trattamenti superficiali a freddo quali smaltatura, sabbiatura e satinatura, le seconde lavorazioni prevedono soprat-tutto trattamenti della superficie e dei bordi della lastra. Alla tecnica del taglio – a cui si ricorre quando il vetro è

protetto dal telaio – seguono opportune lavorazioni dei bordi, quali smerigliatura e molatura, essenziali per mini-mizzare la presenza di microfratture ai bordi della lastra di vetro con taglio grezzo le cui conseguenze sono unaminor resistenza della lastra, la cui rottura è causata proprio dalla propagazione di microfratture dai bordi nonrifiniti.Per dar forma al bordo si ricorre ad appropriate tecniche di molatura, mentre, per la foratura delle lastre, occorre

procedere preservando la lastra da microfessurazioni da cui si propagherebbe la frattura.

Proprietà fisiche e meccanicheFra le proprietà fisiche del vetro, la trasparenza è senz'altro peculiare: essa ne indirizza in modo primario l'utilizzoin edilizia e conferisce agli elementi in vetro specifiche qualità architettoniche.

Fra le proprietà che influenzano il comportamento meccanico del vetro, in considerazione di una sua prestazionestrutturale, vi sono densità e durezza. La densità del vetro varia a seconda della sua composizione, e può essere unvalido mezzo per controllare l'omogeneità del vetro.Il vetro ha poi durezza piuttosto elevata, dell'ordine di circa 6 nella scala di Mohs. Ciononostante può essere scal-fito da diversi minerali, per esempio di quarzo, di ortoclasio e dallo stesso acciaio; sicché la polvere, a seconda deiminerali contenuti, può graffiarlo danneggiandolo.

Comportamento in presenza di difetti e meccanica della frattura

I materiali che non presentano fenomeni di plasticizzazione - come il vetro - vedono la loro resistenza determinatadalla meccanica della frattura, perché è la sua instabile propagazione a causarne il collasso.

Nel suo uso strutturale il vetro è da considerare come materiale con comportamento elastico lineare, che quindinon manifesta deformazioni residue e non è in grado di ridistribuire plasticamente le tensioni. Raggiunge quindi lo

stato limite ultimo con una tensione di rottura che coincide con il limite elastico. Il vetro è, perciò, estremamentesensibile alla presenza di difetti, quali microfratture ed inclusioni.Infatti, se intorno ad una frattura, seppur microscopica, si hanno tensioni di trazione,l'intensificazione degli sforzi al suo apice convoglia su di essa l'elevata energia

potenziale elastica accumulata dalla struttura, trasformandola in energia che va arompere i legami fra gli atomi, senza che ciò porti ad una ridistribuzione delle ten-sioni, attraverso modifiche della struttura stessa del materiale, come avviene con lamodifica del reticolo nei materiali cristallini, o attraverso la formazione di microfes-sure nei conglomerati. Dal punto di vista molecolare, il vetro è amorfo, cioè construttura non ordinata e non ha quindi praticamente alcuna risorsa propria in grado diostacolare il propagarsi catastrofico di una frattura resa instabile dalla combinazionecritica dei due principali fattori instabilizzanti, la lunghezza della fessura e l'entitàdegli sforzi di trazione al suo intorno.

Resistenze meccaniche

La resistenza a compressione semplice del vetro è molto elevata, ma nelle applica-zioni pratiche raramente può essere integralmente sfruttata. La resistenza a trazionedel vetro non trattato diminuisce con l'aumentare dello spessore della lastra a causadella maggior presenza di difetti che statisticamente si rileva in spessori maggiori.

Per carichi di media durata, la tensione ammissibile può assumersi minore di circa il 40%; per lunga durata latensione ammissibile è all'incirca di tre o quattro volte inferiore a quella a breve termine.La pulitura a fuoco che elimina molti difetti superficiali, porta ad un rimarchevole aumento della resistenza. Tral'altro, è importante che la superficie del vetro venga protetta dal danneggiamento superficiale, anche durante iltrasporto; infatti, la mancata protezione delle lastre causa loro una diminuzione di resistenza.La resistenza a flessione di una lastra di vetro aumenta notevolmente se essa è sottoposta a trattamenti termici che

creino delle autotensioni permanenti, cosicché la lastra sia in trazione nel suo strato più interno ed in compressio-ne negli altri due strati prossimi alle sue due superfici. Gli strati superficiali, che nell'inflessione sono quellimaggiormente sollecitati a trazione, si ritrovano così soggetti a compressione e questo impedisce che dai difettisuperficiali si propaghi la frattura.



ViscositàA temperatura ambiente il comportamento del vetro è praticamente elastico fino al collasso.All'aumentare della temperatura diventa invece possibile deformare il vetro avendo deformazioni permanenti.Oltre una certa temperatura, il vetro manifesta un comportamento viscoso di cui non si può non tenere conto nellasua produzione e nelle differenti lavorazioni che, tra l'altro, ne determinano poi il comportamento e l'uso.

Trattamenti termici per aumentare la resistenza

Attraverso la tempra si fornisce al vetro uno stato di precompressione superficiale che gli conferisce maggioreresistenza, che non consente la propagazione della frattura degli inevitabili difetti superficiali. Queste microfrattu-re, inclusioni e graffiature hanno così uno stato di sforzo di compressione sfavorevole all'apertura della frattura edalla sua propagazione. Nel nucleo della lastra si generano invece trazioni e queste forze di compressione e trazioneindotte si devono ripartire in modo da essere in reciproco equilibrio.In alcune applicazioni, la stessa funzione è raggiunta con la precompressione uniforme di tubi di vetro mediantel'inserzione di un tirante baricentrico in acciaio teso fra le estremità del tubo. La tempra è fondamentalmente didue tipi, termica e chimica. La prima è di gran lunga più importante nelle applicazioni strutturali.

Tempra termica

Il vetro temprato nella letteratura specializzata è noto come partially tempered o toughened glass. Nella produzio-ne di vetro piano, la miscela vetrosa fusa è raffreddata lentamente. Questa procedura di ricottura, rimuove le

tensioni indesiderabili dal vetro. Successivamente, per diventare "vetro temprato", si procede con un ulterioreriscaldamento uniforme ad una temperatura vicina al punto di rammollimento.Quando il vetro raggiunge una temperatura leggermente inferiore a quella di rammollimento, compresa fra 650°Ce 750°C, la viscosità è massima. In queste condizioni le tensioni interne che si erano generate precedentementevengono eliminate. Quando poi la lastra di vetro ritorna alla temperatura ambiente, compaiono i reali effetti dellatempra che la rendono fino a due o tre volte più resistente di una in vetro ricotto.La fase di raffreddamento avviene prima nelle zone esterne, che si raffreddano e si contraggono più rapidamentedel nucleo, che a causa della bassa conduttività termica tipica del vetro conserva inizialmente una temperaturamaggiore ed uno stato plastico. Nel corso del raffreddamento le superfici esterne del vetro si induriscono subito,mentre l'interno della lastra resta più caldo e grazie alla relativa fluidità è in grado di adattarsi per scorrimentoviscoso alla contrazione dell'esterno. Il nucleo tende quindi a restringersi, ma incontra l'impedimento delle super-fici già irrigidite, generando delle tensioni di trazione.

Il vetro così trattato presenta quindi uno stato di trazione all'interno della lastra e una forte compressione sullesuperfici, da cui deriva la maggior resistenza, perché prima di arrivare a rottura devono essere annullate le tensioni permanenti di compressione introdotte con il trattamento termico che contrastano l'apertura delle inevitabilimicrofessure superficiali che si formano durante la produzione.

Vetro indurito

Il vetro indurito, che nella letteratura specializzata è noto come partially tempered o heat-strengthened glass, siottiene con un trattamento termico analogo a quello dei vetri temprati; le principali differenze consistono in unaminore temperatura di riscaldamento del vetro (10-20°C in meno) e in un raffreddamento decisamente più lento.L'andamento delle tensioni nello spessore della lastra riporta minori valori di compressione e di trazione rispetto alvetro temprato.La tensione di compressione che si genera sulla superficie è minore rispetto a quella di un vetro temprato, quindisi hanno inferiori resistenze a trazione, ma ancora quasi doppia rispetto a quella di un normale vetro float ricotto.Analogamente al vetro temprato, anche i vetri induriti non possono essere tagliati o perforati.

Vetro stratificato Nell'intento d'ovviare alla tipica fragilità del vetro va posto in evidenza il ricorso ai multistrato, capaci di garantireuna resistenza meccanica significativa per le possibilità architettoniche del vetro, proprio nel caso delle facciatestrutturali e degli elementi portanti di molte strutture contemporanee interamente vetrate. La loro affermazionecommerciale deriva dalle condizioni di trasparenza conseguibili, paragonabili a quelle del vetro usuale, garanten-do, però, ben più apprezzabili livelli prestazionale e di sicurezza antiinfortunio, anche dopo rottura. Lo stratificatoconsiste in un pannello composto da almeno due lastre di vetro con uno strato intermedio di un polimero di sintesi,aderente su tutta la superficie delle lastre. Generalmente si ricorre al polivinilbutirrale (PVB), elastico e di unatrasparenza paragonabile a quella vitrea, con spessori contenuti fino a circa 1,5 mm ed anche superiori per lastretemprate termicamente, ricorrendo eventualmente anche a più strati di PVB per vetri stratificati di sicurezza.

Talvolta alcuni vetri stratificati sfruttano la ragguardevole resistenza e trasparenza del policarbonato (PC). In lastremonostrato o pluristrato, con relativi spessori variabili, si garantisce l'adesione del policarbonato al vetro ad alta

pressione, interponendo uno spessore molto ridotto di poliuretano per contribuire all'adesione plastica, oltre alla protezione anti-UV.



Rispetto al temprato, lo stratificato assorbeun'energia d'urto ben superiore, rimanendonella propria sede e impedendo la penetra-zione. La stessa localizzazione della rotturae l'adesione delle schegge allo strato plasti-co limitano danni e pericoli conseguenti.Ciò a ragione del vasto campo applicativo,

giacché la miglior garanzia di sicurezzaconsente applicazioni strutturali, oltre chedi chiusura orizzontale e verticale, elementidi parapetto, interi corpi scala, gabbie diascensori, eccetera.Le stesse proprietà del vetro stratificato,specialmente il profilo di frattura, si basanosu una serie di fattori fra loro concatenati:tipo di vetro, spessore delle singole lastre,condizioni superficiali del vetro e dei bor-di, geometria del pannello e natura del cari-

co, spessore complessivo, condizioni di vincolo e tipo di struttura d'appoggio. Tuttavia, la resistenza all'urto è di-

rettamente correlata all'adesione del PVB al vetro, giacché il deterioramento dell'adesione nel tempo comprometteseriamente le prestazioni di sicurezza all'impatto previste.Con crescente frequenza si ricorre all'interstrato in PVB, non solo per le sue proprietà di comprovata sicurezza,

protezione, isolamento acustico e solare, ma anche per la durata e le garanzie che offre in termini di sicurezza incaso di rottura.

Strutture in vetro

Facciate in vetro

Tra le principali applicazioni del vetro in architettura annoverare innanzitutto le facciate vetrate, con geometrie esuperfici più o meno estese. Nei sistemi di facciata è possibile distinguere quattro elementi funzionali essenziali:

– l'elemento base, ovvero la semplice lastra di vetro;–

la struttura portante, ovvero la struttura sulla quale vengono fissate le lastre di vetro e gli altri elementidella vetrata, e alla quale vengono trasmessi tutti i carichi;– il fissaggio, ovvero il sistema che consente la trasmissione dei carichi dalla lastra all'ossatura principale;– il giunto, ovvero l'insieme di quegli elementi di correlazione e tenuta.

La prima generazione di facciate, comparse negli edifici modernidurante gli anni '50, era generalmente strutturata sul sistema "mon-tanti e traversi" e sui primi concetti della prefabbricazione in modulicostruttivi, per rendere più facile e veloce il montaggio. Oggi lavarietà delle soluzioni è enorme e si differenzia in base alle esigenzecostruttive ed estetiche. L'ultima generazione di facciate vetrate so-no quelle integrate nel circuito di condizionamento e quelle fotovol-taiche.

Le diverse tipologie di facciate strutturali in vetro-acciaio realizzatenegli ultimi anni si possono suddividere fondamentalmente in duegrossi gruppi in base alle condizione di posa delle lastre di vetro:facciate a "lastre indipendenti" o facciate a "lastre dipendenti".La prima famiglia consente di realizzare ampie superfici vetrate incui ogni lastra viene agganciata alla struttura portante in quattro o

più punti mediante appositi sistemi di fissaggio, a cui vengono tra-sferiti i carichi dovuti al peso proprio e alle sollecitazioni esterne,che fluiscono anche attraverso il vetro, parte integrante del sistemastrutturale. La rottura provocata da alte pressioni di vento non è unevento comune, sebbene questa eventualità debba essere considerata

in fase di progettazione. In caso di rottura accidentale di una delle lastre, non si avrebbe alcuna conseguenzarilevante sulla stabilità del sistema globale.A partire dal 1960 circa, l'introduzione di guarnizioni sintetiche ha consentito di incollare direttamente la lastra divetro al telaio con collanti al silicone. La definizione "facciata continua strutturale" mette in evidenza il compito

portante delle lastre di vetro, in cui il silicone non serve più solamente come sigillante contro gli agenti atmosferi-



ci, ma sostiene anche parte del carico della lastra e trasmette la spinta e il risucchio del vento dal vetro al telaiometallico che viene appeso alla facciata o fissato in un altro modo meccanico. Dal punto di vista statico le lastredevono sostenere la pressione del vento che può ragionevolmente essere considerata come un carico ripartito uni-formemente su tutta la superficie della vetrata.Per ridurre le punte di sollecitazione, è opportuno disporre giunzioni particolari, denominate "rotulle", che graziead un raccordo sferico posizionato sul piano della vetrata o a rondelle in materiale elastico consentono la liberadeformazione della lastra che viene inflessa dalla pressione del vento.

Coperture di vetro

La copertura vetrata viene spesso prevista all'interno di un progetto con lo scopo di conferire particolare enfasi adopere architettoniche di grande rilevanza. Dalle coperture piane a falde inclinate il problema strutturale si amplifi-ca dal problema della resistenza della singola lastra a quello della stabilità e deformabilità dell'insieme. Quest'ul-timo, oltre che con l'impiego di una struttura metallica convenzionale di sostegno, può essere risolto anche con unsistema di cavi posti in coazione.

Particolarmente significativa è la realizzazione di coperture a guscio, che possono essere realizzate anche con bassi spessori. In questo campo il contributo di Jorg Schlaich e del suo studio ha permesso a questa tecnologia difare un grande passo evolutivo. L'ingegnere tedesco ha sviluppato e realizzato cupole reticolari e gusci reticolari,con nodi snodati e a doppia diagonale con cavi sottili, in maniera così precisa che con l'interposizione di unsemplice profilo in EPDM, è stato possibile porre la lastra di vetro direttamente sulla struttura di acciaio. L'elevatogrado di standardizzazione (tutte le aste identiche) e la facilità di montaggio hanno portato a soluzioni economiche

per strutture geometricamente complesse, mentre le sezioni snelle delle aste e dei cavi le hanno rese estremamentetrasparenti.

In queste strutture estremamente sottili,con curvatura semplice o con luce moltoampia, non è più possibile risolvere i

problemi di stabilità senza l'inserimentonel sistema strutturale di componenti ag-giuntivi quali cavi o controventature.

Pilastri

L'impiego di soluzioni progettuali come pavimentazioni, scale o pareti in vetro, si èdiffuso soprattutto all'interno di edifici

pubblici o ambienti in cui si voleva enfa-

tizzare la trasparenza degli spazi.Questo desiderio di trasparenza assoluta ha spinto i progettisti a cercare di sostituire l'impiego di materiali struttu-rali tradizionali (acciaio, cemento armato e legno) con il vetro.L'impiego del vetro per la realizzazione strutture portanti di una certa consistenza è ancora limitato a poche arditerealizzazioni; le principali difficoltà, oltre ai notevoli costi, sono legate alle dimensioni limitate dei semilavorati ealle conseguenze di un improvviso cedimento del vetro sulla stabilità del sistema strutturale.Per quanto concerne i pilastri, generalmente compressi, il materiale vetro sembrerebbe poter manifestare la suamassima possibilità applicativa, a patto di realizzare vincoli d'estremità che assicurino la completa assenza di mo-menti flettenti parassiti. La prima difficoltà consiste nelle limitate dimensioni delle lastre che verranno a costituireil pilastro; le lastre di vetro prodotte con il procedimento float hanno uno spessore generale di 19 mm e massimodi 25 mm. Pertanto, volendo limitare la snellezza a 1/50 (rapporto lato/altezza), sarà necessario comporre fra lorolo varie lastre per ottenere sezioni di inerzia accettabile. L'unione delle singole lastre per formare una sezionecomposta avviene tramite: incollaggio di vetro a vetro, incollaggio degli strati di vetro a profili metallici di corre-lazione, o correlazione localizzata degli strati con fissaggi per punti.Sebbene il vetro abbia una buona resistenza a compressione, la rottura fragile innescata da possibili sollecitazionia flessione rende problematica l'affidabilità strutturale dei pilastri in vetro. Per ovviare all'inconveniente si può



ricorrere ad un sistema strutturale ridondante: fin dalla fase progettuale si deve prevedere che, in caso di completocedimento di un pilastro, globalmente la struttura sia in grado di resistere ai normali carichi di esercizio, anche inassenza dell'elemento collassato, che comunque dovrà essere ripristinato in tempi brevi. Occorre quindi eseguireuna raffinata modellazione strutturale, configurando possibili scenari di rottura per evitare il crollo totale.Altro sistema consiste nell'uso di elementi a più strati, in cui esistono strati in grado di sostituire lo strato portantein caso di rottura. I pilastri in vetro multistrato sono strutture particolarmente snelle, per le quali due dimensioni

prevalgono sulla terza (spessore della lastra). Alla luce di questo è possibile concepire sistemi-pilastro costituiti da

più elementi, che possono essere resi solidali o rimanere separati.

Piastre

Secondo la teoria dell'elasticità, si considera "piastra" un solido con sviluppo di due dimensioni prevalenti rispettoalla terza (di piccolo spessore), caricato perpendicolarmente al suo piano medio. Questa è la condizione prevalentedi impiego delle lastre di vetro con funzione di separazione (vetrate) o di copertura (pannelli). Se si considerano lefacciate vetrate tradizionali, sotto la spinta del vento ogni pannello si comporta appunto come una piastra e il vetroviene sollecitato principalmente a flessione, trasmettendo i carichi al telaio a cui è fissato.Se lungo i bordi la piastra non è vincolata con continuità, ma per punti, a parità di dimensioni aumentano sia lesollecitazioni a flessione che per taglio e le conseguenti deformazioni; per questa ragione a parità di condizioni diesercizio si usano spessori maggiori. Particolare attenzione va data alle concentrazioni di sforzi, individuabili nellezone di fissaggio, in base alle quali si determinano le dimensioni dei fermavetri, per meglio distribuire le tensioni

lungo le pareti dei fori.

Travi

Una lastra di vetro disposta in verticale con carichi applicati parallelamente al piano medio può svolgere la fun-zione di trave. Nelle travi di vetro la sollecitazione può essere calcolata con la teoria delle lastre o, in caso di ele-vato rapporto L/H, con la teoria delle travi: comunque la flessione intorno all'asse forte implica una sollecitazionedi trazione lungo il bordo inferiore. Pertanto il fattore che condiziona in modo determinante l'effettiva resistenza aflessione della trave è rappresentato dal tipo di lavorazione effettuata sul bordo inferiore delle lastre, che influenzala distribuzione dei microdifetti.In generale la resistenza lungo i bordi è solitamente inferiore rispetto a quella riscontrabile sulla superficie: è

pertanto importante una accurata lavorazione dei bordi. Per migliorare la resistenza a trazione i progettisti preferi-scono solitamente il vetro temprato, i cui bordi sono comunque accuratamente rifiniti prima della tempra.Si possono migliorare le prestazioni della trave ricorrendo all'assemblaggio di più lastre di vetro, che non solodispongono di una maggiore quantità di materiale resistente nella zona sollecitata a trazione, ma possiedono ancheuna maggiore rigidità alla flessione trasversale e la torsione, rispetto a quelle monolitiche.Le due estremità delle travi di vetro vengono solitamente inserite in apposite scarpe metalliche, con accoppiamen-to per attrito ed opportuna interposizione di uno strato elastico, che consente di evitare elevate tensione localizzatedovute a momenti d'incastro, ma permette di stabilizzare meglio la trave. Tale materiale plastico si deforma, riem-

piendo lo spazio tra i due materiali uniti e assicurando un ripartizione più uniforme della sollecitazione e delletensioni sulle relative superfici di contatto.È possibile migliorare il comportamento fragile del vetro dotando il bordo della lastra di elementi di materialeavente una maggiore resistenza a trazione e duttilità, in grado di assorbire con sicurezza le forze di trazione indot-te dalla flessione. In questi sistemi ibridi è importante valutare attentamente le caratteristiche meccaniche deimateriali, come il coefficiente di dilatazione termica, per assicurarne un'effettiva collaborazione strutturale.Si pone quindi il problema della connessione delle lastre di vetro con l'elemento aggiuntivo. Tra le soluzioni sino

ad oggi proposte vi sono:– trave in vetro stratificato di sicurezza con un cavo teso con un apposito sistema a dado inserito sul bordo

inferiore;– trave con un fascia in fibra di carbonio, o in altri materiali di matrice metallica, posta in aderenza sul

profilo inferiore;– travi multistrato con interposta una lastra di materiale polimerico con funzione tenacizzante, ad esempio

policarbonato o PVC. Questi materiali offrono la stessa caratteristica di trasparenza del vetro e sono ingrado di garantire una portata residua in caso di cedimento del vetro;

– sistema di lastre stratificate, ispirato ai principi costitutivi del legno lamellare, incollate fianco a fianco.Per impedire che un eventuale rammollimento dell'interstrato polimerico provochi la delaminazione, si

pone una fascia di fibra di carbonio sul margine inferiore della trave, oppure si usano fissaggi puntuali trale lastre. Questa soluzione tecnologica consente di superare ulteriormente i limiti dimensionali impostidalla lunghezza dei formati e di coprire luci maggiori.



Schema statico di unatrave multistrato.

Schema staticodi una trave"lamellare" invetro.

Per rendere ancora più trasparente le grandi vetrate è possibile disporre lastre di vetro con funzione irrigidenteortogonalmente alle lastre di chiusura; questa tecnologia presenta il vantaggio di non introdurre dilatazioni diffe-renziali sotto l'effetto del calore, diversamente dalle strutture metalliche il cui coefficiente di dilatazione è sempresuperiore a quello del vetro.

Criteri e metodi di verifica

La limitazione dell'uso del vetro come materiale strutturale veniva dal considerarlo troppo fragile per poter svol-gere con sicurezza funzioni portanti. Un'altra limitazione (p.e. per realizzare travi e pilastri) era rappresentata finoa pochi anni fa dalle dimensioni ridotte delle lastre. Oggi si arriva ad avere lastre piane o curve di 3.21 x 7.00 m eteoricamente, se non vi fossero anche problemi di trasporto, i 7.00 m sarebbero superabili.

Progettare strutture di vetro

Il criterio progettuale in presenza di possibili rotturefragili è quello del "fail safe", cioè di prevedere già infase di progettazione che alcuni elementi possano col-lassare, a condizione però di non inficiare la stabilitàglobale del sistema strutturale. Due concetti chiave ditale approccio sono la gerarchia e la ridondanza.

Il primo consiste nello stabilire una funzione per cia-scuno degli elementi che compongono la struttura, fis-sandone un ordine gerarchico di importanza, in modotale da individuare quegli elementi secondari "sacrifi-cabili". Gli elementi primari invece, devono esseresempre ben protetti e funzionanti, ed anzi in numeromaggiore rispetto a quello strettamente necessario (ri-dondanza).È il caso di elementi realizzati con vetri stratificati costituiti da tre o più lastre di vetro, dove alcuni strati hanno ilcompito di intervenire solo in caso di rottura dello strato incaricato di sopportare i carichi.Soprattutto per il vetro è assolutamente necessario conoscere a fondo tutte le caratteristiche fisiche e tenere ben

presente che esso possiede una struttura molto resistente ma fortemente penalizzata dalla presenza di microdifetti,

che generano differenze sostanziali di resistenza tra i diversi punti di un dato elemento. Per poter assicurare conuna adeguata sicurezza la capacità portante di una struttura in vetro, occorre conoscere come questi microdifetti neinfluenzino la reale resistenza.

Non è neppure trascurabile l'effetto dei carichi permanenti quando l'alternanza delle condizioni igrotermiche am- bientali, specie in presenza di alte percentuali di umidità relativa, possono accelerare la propagazione della cricca.È ormai riconosciuto che i metodi convenzionali di progettazione basati sull'ipotesi di distribuzione uniformedegli sforzi, sono inadeguati per garantire un alto livello di affidabilità rispetto al rischio di una rottura strutturale.La resistenza del vetro dipende da molti fattori, tra i quali i principali sono: condizioni della superficie dell'ele-mento di vetro, durata del carico applicato, geometria dell'elemento di vetro, umidità relativa e temperatura del-l'ambiente circostante.Di conseguenza nella progettazione del vetro strutturale è necessario considerare tutti questi fattori, per poter svolgere un'analisi corretta della sicurezza. Ad una fase progettuale ben eseguita deve essere accompagnata lascelta altrettanto accurata dei prodotti da utilizzare nella realizzazione del progetto.

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